60% 自動車燃料の燃焼エネルギーのうち、自動車燃料自体の質量によって消費されます。. 自動車産業の今後の発展方向に期待, 軽量, 低燃費・低排出ガスが開発テーマ. 工業用チタン素材の登場で自動車製造がより良い選択肢に.
金属チタンは密度が低いという利点があります, 高い比強度と良好な耐食性. 自動車にチタン素材を使用すると、車体質量を大幅に削減できます。, 燃料消費量を減らす, エンジン効率を向上させる, 環境を改善し、騒音を軽減します. しかし, 価格が高いため、チタン合金は自動車業界の高級モデルやスポーツカーに一部しか使用されていません。, 普通車ではほとんど使われない. したがって, 一般家庭用自動車への適用促進には、市場ニーズに合わせた低コストのチタン合金の研究開発が鍵となる
自動車産業におけるチタン合金の現在の適用状況
チタン合金は航空宇宙分野で広く使用されていますが、, 石油化学および造船産業, 自動車業界での応用はゆっくりと発展してきました. アメリカのゼネラルモーターズによる初のオールチタン車の開発成功から始まりました。 1956, チタン自動車部品は 1980 年代まで量産レベルに達しませんでした。. 1990年代, 高級車の需要として, スポーツカー, レーシングカーは年々増加, チタン自動車部品 製造部品は急速に発展しています. で 1990, 世界中の自動車に使用されているチタンの量はわずか50トン. で500tに達しました 1997, 1,100入ってない 2002, 3,000トン 2009. 世界中の自動車に使用されるチタンの量は、2018年には5,000トンを超えると予想されています。 2015. 現在のところ, 以下のタイプのチタン合金部品が一般的に使用されています.
1. エンジンコンロッド
チタン合金はコンロッドに最適な素材です. チタン合金製のエンジンコンロッドにより、エンジンの質量を効果的に削減できます。, 燃費向上と排気量削減. スチールコンロッドとの比較, チタンコンロッドは、次のようにして質量を軽減できます。 15% に 20%. チタン合金コンロッドの適用は、イタリアの新型フェラーリ セダン 3.5LV8 とアキュラの NSX エンジンに初めて反映されました。. チタン合金コンロッドの主な材質はTi-6Al-4Vです。, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2.0V および Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5そして. Ti-4Alなど他のチタン合金材料 -2Si-4MnやTi-7M-4Moのコンロッドへの応用も開発中.
2.エンジンバルブ
チタン合金製の自動車エンジンバルブは、質量を軽減し、耐用年数を延ばすだけでなく、, だけでなく、燃料消費量も削減し、車両の信頼性も向上します. 鋼製バルブとの比較, チタンバルブは次のような方法で質量を減らすことができます。 30% に 40%, エンジンの限界速度は次のように増加できます。 20%. 現在のアプリケーションに関する限り、, インテークバルブの材質は主にTi-6Al-4Vです, 排気バルブの材質は主にTi-6242Sです. 通常、SnとAlは脆性を低くし、強度を高めるために一緒に添加されます。; Moの添加により、チタン合金の熱処理特性が向上します。, チタン合金の焼入れ・時効強度の向上, そして硬度を上げます. 開発の可能性のあるその他のチタン合金には次のものがあります。:
1) インテークバルブはTi-62S製も可能, Ti-6Al-4Vと同等の特性を持ち、安価です。.
2) 排気バルブはTi-6Al-2Sn-4.0Zrで作ることができます。-0.4-モー-0.45そして. Mo含有量が低いため, 耐クリープ性は Ti-6242S よりも優れています, 耐酸化性は600℃に達します。. .
3) 排気バルブはγ-TiAl製も可能, 高温耐性と軽量の特徴を持っています, ただし、加工時に従来の鍛造方法には適していません。. 鋳造および粉末冶金処理にのみ適しています.
3. バルブスプリングシート
バルブスプリングシートには高強度と耐疲労性が求められます。. ベータチタン合金は固溶時効処理により高強度が得られる熱処理合金です。. 対応するより適切な材料は Ti-15V-3Cr です。- 3Al-3Sn および Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2そして. 三菱自動車は、大型量産車にTi-22V-4Alチタン合金バルブスプリングシートを採用, これにより質量が減少します 42% オリジナルのスチールロックと比較して, バルブ機構の慣性質量を低減します。 6%, そしてエンジンの最高回転数も上がります. 300回転数.
4.チタン合金スプリング
チタンおよびその合金は鋼材に比べて弾性率が低く、σs/E値が大きい, 弾性コンポーネントの製造に適しています. 自動車用鋼製ばねとの比較, 同じ弾性仕事の前提の下で, チタンスプリングの高さはわずかです。 40% 鋼製バネの, そして質量はただ 30% に 40% 鋼製バネの, 車体設計を容易にする. 加えて, チタン合金の優れた疲労特性と耐食性により、スプリングの寿命を延ばすことができます。. 現在, 自動車のばねに使用できるチタン合金材料には、Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5AlやTi-13V11C-3Alなどがあります。.
5. ターボチャージャー
ターボチャージャーはエンジンの燃焼効率を向上させ、エンジンの出力とトルクを向上させることができます。. ターボチャージャーのタービンローターは850℃以上の高温排ガス中で長時間動作する必要があります。, したがって、優れた耐熱性が必要です. アルミニウム合金などの従来の軽金属は、融点が低いため使用できません。. タービンローターには軽量で高温耐性に優れたセラミック材料が使用されていますが、, コストが高く、形状を最適化できないため、用途は限られています。. これらの問題を解決するために, 鉄井らがTiAlタービンローターを開発. 多くのテストを経て, 耐久性と効率が良いだけでなく、, エンジンの加速も改善できます. このデザインは三菱ランサーエボリューションシリーズで製品化に成功しました。.
6. 排気システムとマフラー
チタンは自動車の排気システムに広く使用されています. チタンとその合金で作られた排気システムは信頼性を向上させるだけではありません, 寿命を延ばし、外観を改善する, だけでなく、質量も削減され、燃料の燃焼効率も向上します. スチール製エキゾーストシステムとの比較, チタン製エキゾーストシステムは質量をおよそ削減できます。 40%. ゴルフシリーズの車では, チタン製エキゾーストシステムの質量は、 7 に 9 kg. 現在, 排気システムに使用されるチタン素材は主に工業用純チタンです。.
7. 車体フレーム部
自動車の安全性と信頼性を向上させるために, 設計と製造の側面を考慮する必要がある, 特に製造材料. チタンは自動車の車体フレームに使用される非常に優れた素材です。. 比強度が高いだけではありません, 靭性も優れています. 日本で, 自動車メーカーは車体フレームの製造に純チタン溶接パイプを選択. この種のフレームはドライバーが運転中に安心感を得ることができます.
8. その他のチタン合金部品
上記のコンポーネントに加えて, チタンはエンジンのロッカーアームにも使用されています, サスペンションスプリング, エンジンのピストンピン, 自動車用ファスナー, ラグナット, 自動車ドア突き出し梁, 自動車用ギアブラケット, ブレーキキャリパーピストン, ピンボルト, 圧力プレートなどの自動車部品, シフトボタンや自動車のクラッチディスクなど.
要約します:
経済の発展とチタンのコスト低下に伴い, より多くのエンジニアリング設計者が自動車部品としてチタン部品を選択するでしょう. チタン合金は最終的には自動車産業の生産において重要な役割を果たすようになる.